Kühlkörper-Typen: Welchen sollten Sie wählen?

Wenn Ihre Elektronik heiß wird, brauchen Sie etwas, das sie abkühlt. Genau hier kommen Kühlkörper ins Spiel. Doch nicht alle Kühlkörper sind gleich.

Es gibt viele Kühlkörper-Typen, und jeder eignet sich am besten für andere Situationen. In diesem Beitrag lernen Sie die gängigsten Typen kennen, damit Sie den richtigen für Ihr Projekt auswählen können.

Was ist ein Kühlkörper?

Ein Kühlkörper hilft, Ihr Gerät kühl zu halten. Er nimmt Wärme von heißen Bauteilen wie der CPU auf und verteilt sie. Er besteht in der Regel aus Metall wie Aluminium oder Kupfer.

Die Wärme gelangt durch Berührung vom Bauteil auf den Kühlkörper – das nennt man Wärmeleitung. Anschließend gibt der Kühlkörper die Wärme durch Konvektion an die Luft ab. Manchmal unterstützt ein Lüfter den Luftstrom; das nennt man erzwungene Konvektion. Ohne Lüfter bewegt sich die Luft von selbst – das ist die natürliche Konvektion.

Kühlkörper haben Lamellen, die die Oberfläche vergrößern, sodass mehr Wärme an die Luft abgegeben werden kann. So verhindern Sie, dass Ihr Gerät überhitzt.

Wie funktioniert ein Kühlkörper?

Wenn Ihre elektronischen Bauteile arbeiten, werden sie heiß, weil Strom durch sie fließt. Diese Wärme müssen Sie ableiten, damit die Bauteile nicht zu heiß werden und ausfallen. Ein Kühlkörper hilft, indem er die Wärme aufnimmt und über eine größere Fläche verteilt, sodass sie besser an die Luft abgegeben werden kann.

Sie befestigen den Kühlkörper mit einem speziellen Material wie Wärmeleitpaste oder einem Pad am heißen Bauteil. Dieses Material leitet die Wärme vom Bauteil auf den Kühlkörper.

Nachdem die Wärme in den Kühlkörper gelangt ist, kühlt er ab, indem er sie an die umgebende Luft abgibt. Je größer die Oberfläche des Kühlkörpers, desto besser die Kühlung.

Eine gute Kühlung ist für Ihre Elektronik sehr wichtig, und Kühlkörper sind dabei ein entscheidender Bestandteil.

Klassifizierung von Kühlkörpern nach Luftstrom

Die zwei Hauptkategorien von Kühlkörpern sind:

Passiver Kühlkörper

Ein passiver Kühlkörper verwendet keinen Lüfter und keinen sonstigen erzwungenen Luftstrom. Er ist zuverlässiger, weil er keine beweglichen Teile hat. Manchmal ist der Kühlkörper beispielsweise Teil des Gerätegehäuses. Die Wärme gelangt von den heißen Bauteilen auf die Gehäusewände. Diese Wände haben meist Lamellen, die die Außenluft berühren und so zur Kühlung beitragen.

Aktiver Kühlkörper

Ein aktiver Kühlkörper hat ein angetriebenes Gerät wie einen Lüfter oder ein Gebläse in der Nähe der Kühlkörperoberfläche. Er kann auch mit einer Pumpe Flüssigkeit zur Wärmeabfuhr einsetzen. Weil er Luft oder Flüssigkeit über die Lamellen zwingt, kühlt er besser. Dadurch kann der Kühlkörper kleiner und leichter sein.

Klassifizierung von Kühlkörpern nach Fertigungsverfahren

Sehen wir uns 6 gängige Kühlkörper-Typen nach Fertigungsverfahren an:

Stranggepresste Kühlkörper

Die meisten Kühlkörper werden hergestellt, indem Aluminium durch eine formgebende Öffnung gepresst wird. Dieses Verfahren eignet sich für viele Anwendungen. Sie profitieren von niedrigen Kosten und können die Kühlkörper leicht an Ihre Anforderungen anpassen. Ihre Leistung kann niedrig oder hoch sein, aber die Breite ist durch die Maschine begrenzt.

Gebundene Kühlkörper

Diese verwenden Sie in der Regel, wenn Sie große Kühlkörper benötigen. Sie können für Grundplatte und Lamellen verschiedene Metalle kombinieren, etwa Aluminium und Kupfer. Das verbessert die Leistung des Kühlkörpers, ohne ihn zu schwer zu machen. Sie funktionieren befriedigend bis gut, sind aber teuer.

Geschabte Kühlkörper

Diese Kühlkörper werden aus einem massiven Kupferstück gefertigt. Sie lassen sich in vielen Formen gestalten und haben zahlreiche dünne Lamellen. Das ergibt mehr Oberfläche zum Kühlen. Sie funktionieren recht gut, sind aber schwer und müssen sorgfältig platziert werden.

Geprägte Kühlkörper

Hierbei werden Metalllamellen ausgepresst und anschließend an der Grundplatte befestigt. Diese verwenden Sie für Geräte, die nicht viel Kühlung benötigen. Sie sind sehr günstig, weil sie einfach herzustellen sind, kühlen aber nicht besonders gut.

Geschmiedete Kühlkörper

Diese werden hergestellt, indem Aluminium oder Kupfer mit hohem Druck in Form gebracht wird. So lassen sich viele Teile fertigen, und es ist nicht teuer. Sie funktionieren befriedigend, bieten aber wenig Designspielraum.

CNC-bearbeitete Kühlkörper

Mit diesem Verfahren lassen sich sehr detaillierte und komplexe Formen herstellen. Sie kühlen sehr gut, sind aber teuer und zeitaufwendig, sodass sich das Verfahren nicht für die schnelle Fertigung vieler Stücke eignet.

Klassifizierung wassergekühlter Kühlkörper

Diese Klassifizierung klingt vielleicht verwirrend, bedeutet aber nur drei Typen: Kühlkörper aus massivem Metall, Kühlkörper mit Zweiphasen-Bauteilen und Kühlkörper, die mit einer Pumpe umgewälzte Flüssigkeit nutzen.

Kühlkörper aus massivem Metall

Diese Kühlkörper haben eine massive Grundplatte, die Wärme aufnimmt, und Metalllamellen, die die Wärme an die umgebende Luft abgeben. Grundplatte und Lamellen können aus unterschiedlichen Metallen wie Kupfer oder Aluminium gefertigt sein, insbesondere für die Elektronik. In der Regel sind dies die günstigsten Kühlkörper, die Sie bekommen können.

Kühlkörper mit umgewälzter Flüssigkeit

Diese Kühlkörper nutzen eine Pumpe, um Flüssigkeit vom heißen Bauteil wegzubewegen. Die Flüssigkeit gelangt zu einer Kühlplatte, die die Wärmequelle berührt, und fließt dann zurück zu den Lamellen, um abzukühlen. Diese Methode kühlt sehr gut, ist für die Elektronik aber am wenigsten zuverlässig.

Zweiphasen-Kühlkörper

Zweiphasen-Kühlkörper nutzen Bauteile wie Vapor Chambers und Heatpipes, um die Wärme besser abzuführen. Diese Bauteile leiten Wärme sehr gut, sodass Ihr Kühlkörper insgesamt besser funktioniert. Heatpipes transportieren Wärme vom heißen Bauteil zu weit entfernten Lamellen.

Vapor Chambers verteilen die Wärme über die Grundplatte, um nahe gelegene Lamellen zu kühlen. Diese Kühlkörper sind fast so zuverlässig wie solche aus massivem Metall, kosten aber etwas mehr.

Materialien für Kühlkörper

Wie bereits erwähnt, werden Kühlkörper üblicherweise aus Aluminium und Kupfer gefertigt. Hier finden Sie weitere Details:

Aluminium-Kühlkörper

Aluminium ist leicht, einfach zu verarbeiten und kostet nicht viel. Deshalb ist es für die meisten Kühlkörper eine gute Wahl. Die gängigen Typen heißen Legierung 6061 und 6063, aber reinere Typen wie 1050 und 1100 leiten Wärme etwas besser. Aluminium leitet Wärme etwa halb so gut wie Kupfer. Das bedeutet, die Wärme kann sich vom heißen Bauteil aus nicht so weit durch die Grundplatte des Kühlkörpers ausbreiten.

Kupfer-Kühlkörper

Kupfer leitet Wärme deutlich besser, etwa doppelt so gut wie Aluminium. Kupfer setzen Sie ein, wenn Sie eine bessere Kühlung benötigen. Ein gängiger Kupfertyp ist CDA110.

Kupfer ist jedoch schwerer, etwa dreimal so schwer, und kostet doppelt so viel wie Aluminium. Außerdem lässt es sich etwas langsamer verarbeiten als Aluminium. Manche Kühlkörper kombinieren beide Metalle: Kupfer für die Grundplatte und Aluminium für die Lamellen.

Wofür können Kühlkörper eingesetzt werden?

Kühlkörper sind wichtig, um Ihre PC-Komponenten wie CPUs und GPUs kühl zu halten. Sie können Kühlkörper aber auch für viele andere Dinge einsetzen, zum Beispiel:

• Hauptplatinen
• Solid-State-Laufwerke und Relais
• Leistungstransistoren
• Leiterplatten (PCBs)
• Innerhalb oder außerhalb von Laptops
• Verstärker

So wählen Sie den richtigen Kühlkörper aus

Wenn Sie die besten Kühlkörpertypen für einen Computer auswählen möchten, müssen Sie Ihr Setup und Ihren Kühlbedarf berücksichtigen. Der erste Schritt besteht darin, einige Grundlagen zu Ihrem Gerät zu verstehen.

Folgendes sollten Sie bei der Auswahl von CPU-Kühlkörpertypen oder anderen Kühlkörpern bedenken:

• Wie viel Leistung verbraucht Ihr Bauteil? Dies wird als TDP oder Thermal Design Power bezeichnet. Sie gibt an, wie viel Wärme Ihre CPU oder GPU maximal in Watt erzeugen kann. So wissen Sie, wie heiß sie bei hoher Last werden kann.
• Wie kühl muss Ihre CPU oder müssen andere Bauteile sein, um ihre beste Leistung zu erbringen?
• Wie viel Platz haben Sie für den Kühlkörper? Kühlkörper gibt es in vielen Größen, von klein bis groß.
• Welches Kühlkörperdesign oder welche Form kühlt Ihren Computer am besten?
• Ob Sie einen aktiven Kühlkörper (mit Lüftern oder beweglichen Teilen) oder einen passiven (ohne bewegliche Teile) benötigen.
• Wie viel Geld möchten Sie für Ihren Kühlkörper ausgeben?

Fazit

Die Wahl des richtigen Kühlkörpers hängt davon ab, was Ihr Gerät benötigt. Denken Sie darüber nach, wie viel Wärme Sie abführen müssen, wie viel Platz Sie haben und welches Budget Ihnen zur Verfügung steht.

Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl oder dem Design des richtigen Kühlkörpers benötigen, kontaktieren Sie DEK noch heute. Wir bieten maßgeschneiderte Kühlkörperlösungen, die genau auf Ihre Anforderungen zugeschnitten sind.